Digitale fabrieken leren luisteren

Waarom worden slimme microfoons gebruikt in fabrieken? Zijn bedrijven van plan hun personeel af te luisteren? Een duidelijk “nee” is het antwoord op de laatste vraag van de industriewerkgroep Audiotechnologie voor Intelligente Productie (AiP), die in 2020 is opgericht in de vestiging Oldenburg van het Fraunhofer Instituut voor digitale mediatechnologie IDMT in samenwerking met de Hogeschool Emden/Leer. Het netwerk onderzoekt hoe machines omgaan met akoestische systemen en AI. Vijf wetenschappers en een technische dienstverlener leggen uit waarom audiotechnologie als toekomstig thema op de EMO Hannover 2023 staat.

Waarom werken experts uit de auto-, luchtvaart-, machinebouw-, elektronica- en andere industrieën samen met onderzoekers in de AiP industrie werkgroep?
Dr. Jens Appell, hoofd van de afdeling gehoor-, spraak- en audiotechnologie van de Oldenburgse vestiging van het Fraunhofer IDMT:
We hebben onze krachten gebundeld om het brede potentieel van audiotechnologie in gedigitaliseerde productie en assemblage te benutten. Samen met onze industriële partners ontwikkelen wij toepassingsscenario’s, bespreken het ontwerp ervan en brengen ze in gezamenlijke projecten in de praktijk.

Er is niets nieuws aan het gebruik van microfoons in de productie – bijvoorbeeld voor conditiebewaking. Welke innovatieve mogelijkheden biedt de audiotechnologie dan precies?
Prof. Dr.-Ing. Sven Carsten Lange, hoogleraar productietechnologie aan de Hogeschool Emden/Leer en wetenschappelijk adviseur bij Fraunhofer IDMT in Oldenburg op het gebied van gehoor-, spraak- en neurotechnologie voor de productie:
Akoestische procesbewaking bestaat eigenlijk al enige tijd. Wij slaan echter een nieuwe weg in met veelzijdige multimodale toepassingen voor het parallel en in real time diagnosticeren van proceseigenschappen en productieprocessen met een sensor, of voor het karakteriseren van machines wat betreft hun bewerkingstoestand en procesmogelijkheden, of zelfs voor het direct bedienen ervan met behulp van spraakcommando’s. En dit alles zonder noemenswaardige inspanningen of kosten voor integratie in nieuwe en bestaande machines.

Kunt u ons uw beoordeling geven als systeemintegrator uit de industrie? In hoeverre is dit nieuw terrein?
Lorenz Arnold, directeur, MGA Ingenieurdienstleistungen GmbH, procesautomatisering en besturingstechniek, Würzburg:
Akoestische technologie wordt in de productie al gebruikt voor conditiebewaking, maar is nog niet volledig ingeburgerd. Een uitstekend voorbeeld van nieuw terrein is hier spraakgebaseerde mens-machine-interactie, die tot dusver alleen in experimentele en nichetoepassingen in de industriële productie is gebruikt. De activiteiten van de Audiotechnologie voor Intelligente Productie-werkgroep lopen dus wereldwijd voorop. Ik ken momenteel geen concurrenten op dit gebied, noch nationaal noch internationaal.

Wat onderscheidt uw vorm van spraakbesturing van andere systemen zoals Siri of Alexa, en wat maakt het wereldwijd toonaangevend?
Marvin Norda, werkgroepcoördinator bij Fraunhofer IDMT, Oldenburg:
De eisen op de fabrieksvloer zijn heel anders dan die in de woonkamer. Hier is een akoestisch systeem nodig dat geen externe servers nodig heeft, dat alleen op bedrijfscomputers draait en ook onder moeilijke productieomstandigheden, inclusief geluidsstoringen, betrouwbaar functioneert. Wij ontwikkelen toepassingsspecifieke spraakbesturingsoplossingen voor gebruik in de productie die robuust en intuïtief zijn. Spraakbesturing is gemakkelijk te integreren en werkt zelfs zonder internetverbinding. Het is goed in het herkennen van spraakcommando’s, zelfs onder de moeilijke akoestische omstandigheden in de industriële productie.

Hoe overtuigt u potentiële industriële klanten van uw vorm van spraakbesturing?
Marvin Norda: Door te laten zien hoe het werkt op een spraakgestuurde productiecel. We hebben een 5-assige freesmachine en een 4-assige robot, beide volledig uitgerust met spraakbesturing. Met dit technologieplatform kunnen klanten verschillende microfoons, headsets en spraakcommando’s testen in verschillende geluidsomgevingen. We hebben ontdekt dat het testen van de spraakbesturing in een echte machineomgeving de snelste manier is om onze industriële partners te overtuigen.

Waarom is uw spraakbesturingssysteem bijzonder geschikt voor gebruik in de industrie?
Marvin Norda: Dankzij de uitgebreide aanpassings- en integratieondersteuning van Fraunhofer IDMT kunnen de spraakherkenners individueel worden aangepast aan specifieke spraakcommando’s en machine-interfaces. Dit verhoogt de effectiviteit van de spraakbesturing en vermindert de kosten en inspanningen die nodig zijn voor de integratie.

Wat zijn de argumenten voor spraakbesturing?
Marvin Norda: Er zijn er veel. Spraak is de meest natuurlijke vorm van communicatie. Daarom zijn we ervan overtuigd dat spraak zich ook in de industrie zal vestigen als communicatie-interface tussen mens en machine – vergelijkbaar met smart home- of autotoepassingen. In de werkgroep industrie ontwikkelen we een basis voor de bedieningsinterfaces van de volgende generatie industriële besturingen. Deze basis zal een contactloze en intuïtieve bediening van meerdere, complexe machines mogelijk maken.

Maar hoe gaan ze om met de verschillende soorten lawaai die in de productie voorkomen?
Marvin Norda: We stellen ons systeem momenteel op de proef door een onderzoek naar spraakherkenning te evalueren met meer dan 160.000 gesproken spraakcommando’s in verschillende geluidsomgevingen. In het algemeen is niet het soort lawaai doorslaggevend, maar het lawaainiveau in verhouding tot het volume van de spreker op het punt waar het geluid de microfoon bereikt. Dit soort onderzoek stelt ons in staat onze spraakherkenner te optimaliseren voor gebruik in de industrie en aanbevelingen te doen over akoestische systemen – en de beste posities daarvoor op de werkplek.

Maar bedieningsfabrikanten experimenteren toch ook met spraakbesturing?
Marvin Norda: Het idee is niet nieuw en veel besturingsfabrikanten hebben al hun eigen oplossingen aangedragen. Tot nu toe is spraakbesturing echter nog niet of nauwelijks geïndustrialiseerd. Ons doel is de efficiëntie en robuustheid te optimaliseren door onze spraakherkenners voortdurend te verfijnen voor gebruik in toekomstige productieomgevingen.

Met welke fabrikant heeft u samengewerkt om de geautomatiseerde productielijn te creëren?
Marvin Norda: We hebben onze algoritmen met succes geïntegreerd in een Beckhoff industriële controller op basis van een Windows of Linux platform. We ontwikkelen ook soortgelijke oplossingen voor alle andere bekende besturingsfabrikanten.

Uw spraakherkenningssoftware draait dus niet vanuit de cloud of op een aparte pc, maar op de controller in de machine zelf. Is het mogelijk om meerdere machines via spraakbesturing te bedienen?
Marvin Norda: Bediening van meerdere machines is het summum van spraakbesturing vanwege de complexiteit van de machinecommando’s, de loopafstanden naar de machines en de cognitieve eisen die aan de operator worden gesteld. Akoestisch gezien is er echter geen verschil tussen het bedienen van slechts één of meerdere machines tegelijk. Net als bij een touchscreen heb je alleen een hoofdcomputer nodig die de commando’s naar de juiste machine stuurt.

Lorenz Arnold: Voor mij is de bediening van meerdere machines een ideale toepassing om te bewijzen dat spraakbediening niet slechts een technische gimmick is. Het resultaat is een kwantificeerbare toename van de efficiëntie, die afhankelijk van de toepassing aanzienlijk kan zijn. Ik geef u een voorbeeld uit mijn huidige werk: Een klant bezit 25 bewerkingsmachines, die door vijf operators worden bediend. Ik probeer hen nu te overtuigen om spraakbesturing te gebruiken. Een voordeel zou zijn dat de afstanden korter worden, omdat een operator een machine via een headset kan bedienen, zelfs als hij op enige afstand bij een andere machine staat. En de machine vertelt hem op afstand wanneer er een storing is.

Welke andere soorten toegevoegde waarde biedt akoestiek?
Sven Lange: Onze akoestische systemen concurreren met gevestigde technologie. In de machine geïntegreerde structuurgeluidssensoren voor de detectie van kletsgeluiden, bijvoorbeeld, vertegenwoordigen de modernste technologie. Deze sensoren kunnen echter geen andere, even relevante proces- en machinestatusinformatie registreren. Een microfoon daarentegen, geïnstalleerd op een geschikte plaats in of rond het bewerkingsgebied, kan tegelijkertijd het hoofdspillager, de ventilator en de koelsmeermiddeltoevoer bewaken, aanrakingsdetectie uitvoeren en spraakopdrachten registreren. De gebruikerswaarde stijgt exponentieel wanneer onze slimme sensortechnologie wordt uitgebreid met op AI gebaseerde algoritmen.

Uw team ontwikkelen slimme sensoren. Welke taken voeren ze al uit?
Danilo Hollosi, Hoofd Akoestische Gebeurtenisdetectie bij Fraunhofer IDMT:
Onze akoestische procesbewaking is contactloos en werkt met lucht- of structuurgeluid. Het slimme sensorsysteem kan het klikgeluid detecteren wanneer stekkerverbindingen vastklikken. Als er geen klik is, registreert het akoestische bewakingssysteem een fout. De operator wordt ook geïnformeerd en de gebeurtenis wordt automatisch gedocumenteerd. Mijn team en ik hebben op AI gebaseerde algoritmen ontwikkeld voor een betrouwbare audioanalyse van allerlei klikgeluiden. Onze oplossing heeft zich al bewezen in proeven met de assemblage van kabelbomen in de auto-industrie.

De resultaten en het werk van de AiP werkgroep zijn goede voorbeelden van de nieuwe claim van het evenement: “Innovate Manufacturing.”. De VDW gebruikt dit om experts uit de hele wereld naar de EMO Hannover te lokken van 18 tot 23 september 2023. Voor u toch een ideale gelegenheid om uw oplossingen te presenteren op de “World’s leading trade fair for production technology”?

Christian Colmer, Hoofd Marketing en PR, HSA Branch, Fraunhofer IDMT:
Vertegenwoordigers van ons instituut en van de partnerbedrijven van de werkgroep zullen in Hannover zeker aanwezig zijn om met klanten diepgaande discussies over akoestiek te voeren en nieuwe toepassingsscenario’s te peilen.

AiP industrie werkgroep

Meer dan 50 bedrijven werken nauw samen in de branchewerkgroep Audiotechnologie voor Intelligente Productie ofwel AiP. De werkgroep is opgericht in 2020 en wordt geleid door de Oldenburgse afdeling voor gehoor-, spraak- en audiotechnologie van het Fraunhofer IDMT en de Hogeschool Emden/Leer. In het netwerk werken bedrijven samen die variëren van kleine KMO’s tot grote ondernemingen en uit de meest uiteenlopende sectoren – die bijvoorbeeld vliegtuigen, auto’s, machines en elektronica produceren. De gemene deler is dat ze allemaal oplossingen ontwikkelen op de volgende vier gebieden: Conditiebewaking, Ondersteuning van hoor- en spraaktechnologie, Akoestische diensten en Workplace 4.0. De focus ligt op het oplossen van problemen op basis van concrete user cases.

Author: Nikolaus Fecht, specialist journalist, Gelsenkirchen.
Bron: German Machine Tool Builders’ Association (VDW)